CN201726370U - 一种射频功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种射频功率放大器架构。射频功率放大器包括与射频输入信号连接的第一放大模块、与射频输出信号连接的第二放大模块，及连接于两放大模块之间的匹配网络、功率控制电路；所述第一放大模块、功率控制电路均采用CMOS工艺器件，且集成于一芯片内；所述第二放大模块采用GaAs工艺器件。本实用新型所述射频功率放大器兼顾CMOS工艺和GaAs工艺优点，其构架不仅能有效提高射频前端的集成度且不会恶化射频功率放大器的性能；与现有技术相比具有成本低、性能好的优点。

Description

一种射频功率放大器

技术领域

本实用新型涉及射频功率放大器技术领域，具体涉及一种兼顾性能和成本新型射频功率放大器芯片。

背景技术

射频功率放大器是无线发射机中的核心模块之一，主要负责将调制后的射频信号放大到一定的功率值，再通过天线发射出去。而随着信息技术的发展，手持设备对高集成度、低成本、低功耗的要求越来越高，这就要求射频前端中最后一块技术壁垒-射频功率放大器也可以进一步集成化，以满足手持设备高集成度、低成本、低功耗要求。目前市场上主流射频功率放大器芯片仍然采用昂贵的GaAs工艺来实现，其集成度太低且成本较高；也有少量的利用CMOS工艺实现的射频功率放大器芯片。但CMOS工艺自身存在很多缺点，如：低击穿电压，低增益，高损耗衬底，稳定性较差(相对GaAs工艺)等，因此，为了达到额定的功率、效率和稳定性等性能指标，CMOS功率放大器必须采用特殊的工艺技术或者采用特殊的技术构架。

例如Samsung公司采用特殊的IPD(Integrated Passive Device)工艺技术以实现CMOS功率放大器最后一级的功率耦合，IPD工艺其顶层金属相对常规的CMOS工艺金属层要厚得多且采用铜互连，虽然能够很好降低功率损耗，但是其工艺成本仍然很高不利于产业化。又如Axiom公司(现已被Skyworks收购)采用DAT(Distributed Active Transformer：分布式有源变压器)技术构架以实现强功率耦合，但是这种功率耦合结构在CMOS衬底上损耗较大且性能不稳定，再有DAT结构所占芯片面积非常大，一定程度上也增加了芯片成本，不利于产品的市场竞争。总的说来，目前CMOS工艺的功率放大器很难做到性能和成本的高度统一。

综上所述可知，采用普通CMOS工艺来设计射频功率放大器虽然可以很好的提高集成度及降低成本，但是由于其工艺自身的缺陷很难实现高输出功率、高功率附加效率和理想的稳定性；而GaAs工艺虽可以提供很高功率放大能力、效率和稳定性等要求，但是由于其不易与现有的射频前端集成且成本很高。而目前的无线通信系统又十分要求高集成度、低成本和低功耗。因此，很有必要设计一种射频功率放大器芯片同时兼顾CMOS工艺和GaAs工艺的优点来，以满足无线通信系统对功率放大器高集成度和低成本的要求。

实用新型内容

本实用新型需解决的问题是提供一种兼具CMOS工艺和GaAs工艺优点性能好成本相对较低的射频功率放大器。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案为：提供一种射频功率放大器，包括与射频输入信号连接的第一放大模块、与射频输出信号连接的第二放大模块，及连接于两放大模块之间的匹配网络，其特征在于，所述第一放大模块采用CMOS工艺器件，所述第二放大模块采用GaAs工艺器件。

射频功率放大器进一步包括功率控制电路，所述控制电路与第一放大模块、第二放大模块均连接；功率控制电路设有为电池供电的电压端VBATT、功率控制电压端VRAMP及使能信号端ENABLE；所述功率控制电路均采用CMOS器件。

优选的，所述控制电路与第一放大模块集成于一芯片内。

更优选的，所述CMOS功率控制电路内还集成有用于维持射频功率放大器在不同温度情况下性能的一致性的温度补偿电路。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)所述射频功率放大器兼顾CMOS工艺和GaAs工艺优点，其构架不仅能有效提高射频前端的集成度且不会恶化射频功率放大器的性能；

(2)射频功率放大器由于更多采用了CMOS工艺，所以有效的降低了生产成本。

附图说明

图1为本实用新型所述射频功率放大器实施架构方案图；

图2为本实用新型第一实施例压控射频功率放大器架构方案图。

图3为本实用新型第二实施例流控射频功率放大器架构方案图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为本实用新型所述的射频功率放大器架构实现方式原理图。该射频功率放大器包括两个射频放大模块，其中放大模块一为采用CMOS工艺实现的驱动级电路，射频功率放大器的前面几级放大电路主要用来提高放大器的增益，且这些放大电路的输出功率一般不大，没有栅氧击穿的危险，因此采用CMOS工艺实现，以降低成本并提高集成度。

放大模块二为采用GaAs工艺实现的射频功率放大器的功率级电路。射频功率放大器主要是依靠功率级放大电路来推高功率，而且功率级放大电路中交流信号很强，放大管需要承受很高的电压摆幅因而很容易被击穿，所以该模块采用具有高击穿电压的GaAs工艺器件以保证射频功率放大器的功率、效率和稳定性等性能。

图1中的Vbia s和Vcc分别为放大电路中放大管(FET管或者HBT管)的栅级(基级)和漏极(集电极)提供电压以维持放大管的正常工作。

图中两个放大模块之间的级间匹配网络可根据具体情况灵活运用，在充分利用键合线的条件下，可以将该级间匹配网络集成到放大模块一中，采用CMOS工艺实现，也可以将该匹配网络集成到放大模块二中，即采用GaAs工艺实现，或者采用折中的方式，即在放大模块一和放大模块二中各实现一部分，力求由放大模块一产生的输出功率能够很好的传输到放大模块二中。

具体实施时，所述功率放大器还可在信号输入、输出端设置输入、输出匹配网络，用于输入、输出信号的阻抗匹配以减小射频信号的反射，同时具有抑制谐波、提高功率放大器的线性和增益平坦度的作用。

如图2所示，是以电压控制方式的实现本实用新型所述射频功率放大器的架构图。如图，所述射频功率放大器包括放大模块一、放大模块二、级间匹配网络、控制电路四大部分。由于射频功率放大器的前几级驱动电路的功率不高，因而放大模块一采用CMOS工艺来实现，且将其与CMOS控制电路集成在一块芯片内，从而能有效的提高功率放大器的集成度并降低成本。由于射频功率放大器的功率级要求具有很高的过功率放大能力及很高的击穿电压，并且功率级对整个射频功率放大器的效率起着关键作用，因而放大模块二采用GaAs工艺实现，以保证射频功率放大器的功率、效率和稳定性等性能。级间匹配网络主要用于实现放大模块一与放大模块二之间的阻抗匹配，其可以灵活的在放大模块一与放大模块二之间分配。CMOS控制电路用于控制整个射频功率放大器的工作，其具有VBATT、VRAMP及ENABLE三个端子。其中VBATT为电池供电电压；VRAMP为功率控制电压，来自手机基带芯片的DAC，对于不同的手机平台VRAMP信号与功率放大器的输出功率和供电电压有一个确定的函数关系式，所以调节VRAMP能够通过功率控制器来调节放大器的漏极(集电极)的供电电压，从而动态的改变输出功率；ENABLE是一个使能信号用来控制射频功率放大器是否工作。

使用时，电压控制的射频功率放大器通过CMOS功率控制电路给各级放大电路提供恒定的偏置电压，并根据手机需要发射功率的大小动态的给各级放大电路中放大管的漏极(集电极)提供电压以有效提高射频功率放大器的功率附加效率，延长手机的通话时间。CMOS功率控制电路还能实现过流、过压保护功能，以保护因为电压过大或因负载失配带来的电流过大而烧毁射频功率放大器芯片的危险，另外射频功率放大器因为输出功率很高，所以会产生很大的热量，而温度的变化在很大程度上会影响射频功率放大器的性能，因此，CMOS功率控制器内还集成有温度补偿电路以维持射频功率放大器在不同温度情况下性能的一致性。

图3是以电流控制方式实现本实用新型所述射频功率放大器的架构图。如图，所述射频功率放大器包括放大模块一、放大模块二、级间匹配网络、控制电路四大部分。它与图2的区别在于控制方式的不一样，它通过电流检测电阻Rsen给放大模块供电。控制电路通过检测Rsen电阻上的压差，再通过一控制回路来控制流经功率放大器的电流，使其正比于基带芯片所送出的功率控制信号VRAMP，从而再通过控制流经射频功率放大器上的电流来调节射频功率放大器的输出功率。

综上可知，采用本专利实用新型的电路架构，配合CMOS功率控制电路能够很好的控制放大器正常工作，不仅不会影响射频功率放大器的总体性能，而且还明显提高了集成度，降低了成本。

本实用新型中所述的各个匹配网络的具体实现方式及放大器的选择等，本领域技术人员可以根据情况具体确定，在此不再一一列举。

以上仅为本实用新型较优选的实施例，需说明的是，在未脱离本实用新型构思前提下对其所做的任何微小变化及等同替换，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种射频功率放大器，包括与射频输入信号连接的第一放大模块、与射频输出信号连接的第二放大模块，及连接于两放大模块之间的匹配网络，其特征在于，所述第一放大模块采用CMOS工艺器件，所述第二放大模块采用GaAs工艺器件。

2.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，进一步包括功率控制电路，所述控制电路与第一放大模块、第二放大模块均连接；功率控制电路设有为电池供电的电压端VBATT、功率控制电压端VRAMP及使能信号端ENABLE。

3.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，所述功率控制电路均采用CMOS器件。

4.根据权利要求3所述的射频功率放大器，其特征在于，所述控制电路与第一放大模块集成于一芯片内。

5.根据权利要求4所述的射频功率放大器，其特征在于，所述CMOS功率控制电路内还集成有用于维持射频功率放大器在不同温度情况下性能的一致性的温度补偿电路。

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